(57)【要約】【課題】  燃焼溶融炉の中心部の燃焼を確保するとともに、旋回流により溶融スラグを壁面に捕集するに適した燃焼用空気の吹込み方法を実現する。【解決手段】  熱分解ガス２と熱分解カーボン５の少なくとも一方の燃焼物を燃焼させるとともに、燃焼物に含まれる不燃物を溶融スラグ化する燃焼溶融炉１の燃焼用空気吹込み方法において、１次空気の複数の吹込みノズル１１は、同一高さの炉上部の炉周囲に沿って分散して、かつ炉心に向けて設けられ、２次空気の複数の吹込みノズル１２は、１次空気の吹込みノズル位置と炉底部との間の炉周囲に沿って分散して配置され、かつ炉心を中心とする仮想円の接線方向に向けて設けられた第１の吹込みノズル１２ａと炉心に向けて設けられた第２の吹込みノズル１２ｂとを有してなり、３次空気の複数の吹込みノズル１３は、２次空気の吹込みノズル位置と炉底部との間の同一高さの炉周囲に沿って分散して配置され、かつ炉心に向けて設けられた吹込みノズルを有してなることを特徴とする。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱分解ガスと熱分解カーボンの少なくとも一方の燃焼物を燃焼溶融炉の炉頂部から投入し、前記燃焼物の燃焼に必要な空気量を前記燃焼溶融炉の炉高方向の複数箇所に分散して供給し、前記燃焼物を燃焼させるとともに前記燃焼物に含まれる不燃物を溶融スラグ化する燃焼溶融炉の燃焼用空気吹込み方法において、
炉壁から炉心を中心とする仮想円の接線方向に向けて吹込む第１の空気流と、炉壁から炉心に向けて吹込む第２の空気流とを混在させることを特徴とする燃焼溶融炉の燃焼用空気吹込み方法。
【請求項２】
前記燃焼溶融炉の炉上部に前記第２の空気流を吹き込み、炉上部から炉底部の間に前記第１の空気流と前記第２の空気流とを混在させて吹き込むことを特徴とする請求項１に記載の燃焼溶融炉の燃焼用空気吹込み方法。
【請求項３】
前記第１の空気流と前記第２の空気流の主流が炉内で干渉しないように、炉心位置における前記主流の高さ位置をずらすことを特徴とする請求項１または２に記載の燃焼溶融炉の燃焼用空気吹込み方法。
【請求項４】
炉頂部に設けられ熱分解ガスと熱分解カーボンの少なくとも一方の燃焼物が投入される燃焼物投入ノズルと、炉上部に設けられた1次空気の複数の吹込みノズルと、該１次空気の吹込みノズルの位置と炉底部との間に設けられた２次空気の複数の吹込みノズルと、該２次空気の吹込みノズルの位置と炉底部との間に設けられた3次空気の複数の吹込みノズルとを備えた燃焼溶融炉において、
前記１次空気の複数の吹込みノズルは、同一高さの炉上部の炉周囲に沿って分散して、かつ炉心に向けて設けられ、
前記２次空気の複数の吹込みノズルは、前記１次空気の吹込みノズル位置と炉底部との間の炉周囲に沿って分散して配置され、かつ炉心を中心とする仮想円の接線方向に向けて設けられた第１の吹込みノズルと炉心に向けて設けられた第２の吹込みノズルとを有してなり、
前記３次空気の複数の吹込みノズルは、前記２次空気の吹込みノズル位置と炉底部との間の同一高さの炉周囲に沿って分散して配置され、かつ炉心に向けて設けられた吹込みノズルを有してなることを特徴とする燃焼溶融炉。
【請求項５】
前記３次空気の複数の吹込みノズルは、前記２次空気の吹込みノズル位置と炉底部との間の同一高さの炉周囲に沿って分散して配置され、かつ炉心を中心とする仮想円の接線方向に向けて設けられた第１の吹込みノズルと炉心に向けて設けられた第２の吹込みノズルとを有してなることを特徴とする請求項４に記載の燃焼溶融炉。
【請求項６】
前記２次空気と前記３次空気の複数の吹込みノズルは、それぞれ炉高方向の同一高さ位置に設けられ、第１の吹込みノズルは下向きに設けられてなることを特徴とする請求項４または５に記載の燃焼溶融炉。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃焼溶融炉の燃焼用空気吹込み方法および燃焼溶融炉に係り、具体的には炉内の燃焼ガスを旋回させて溶融スラグを壁面に捕集して流下させるようにした燃焼溶融炉の燃焼用空気吹込み方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
都市ごみ等の廃棄物等を処理する廃棄物処理法として、廃棄物を熱分解して熱分解ガスを燃焼して熱回収をする方法が知られている。また、熱分解ガスに同伴する灰分などの細かな不燃物を、熱分解ガスや熱分解により生成された熱分解カーボンの燃焼熱により溶融して溶融スラグ化することにより、燃焼排ガスから分離して捕集することが知られている（特許文献１）。
【０００３】
特に、熱分解ガスや熱分解カーボンと燃焼空気との混合を促進するとともに、溶融スラグの捕集率を向上するために、炉壁から吹込む燃焼用空気に旋回流を与えて混合を図るとともに、遠心力により微細な燃焼灰や溶融スラグを炉壁に付着させて捕集するようにしている。さらに、炉内の滞留時間を長くして溶融および付着を促進するために、空気吹込みノズルを上向きに傾斜させて設けることが提案されている。一方、特許文献２には、溶融炉の空気吹込みノズルを水平または下向きに設けることが提案されている。
【０００４】
【特許文献１】特開平１１−１４０２４号公報
【特許文献２】特開平９−２１０３３６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１、２においては、旋回流によって燃焼溶融炉の中心部の空気濃度が低下することについて配慮されていない。すなわち、通常、燃焼用空気は常温の周囲空気を送風機により昇圧して空気吹込みノズルから炉内に吹き込んでいる。したがって、旋回させて吹込まれた燃焼用空気は、炉内の燃焼ガスよりも低温で比重が大きいため、旋回流の遠心力によって炉壁側に偏り、炉中心部の空気濃度が低くなることから、燃焼成分を多く含む燃焼ガスが炉の中心部を吹き抜けてしまい、完全燃焼が阻害される現象を見出した。
【０００６】
本発明は、燃焼溶融炉の中心部の燃焼を確保するとともに、旋回流により溶融スラグを壁面に捕集するに適した燃焼用空気の吹込み方法を実現することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、上記課題を解決するため、熱分解ガスと熱分解カーボンの少なくとも一方の燃焼物を燃焼溶融炉の炉頂部から投入し、前記燃焼物の燃焼に必要な空気量を前記燃焼溶融炉の炉高方向の複数箇所に分散して供給し、前記燃焼物を燃焼させるとともに前記燃焼物に含まれる不燃物を溶融スラグ化する燃焼溶融炉の燃焼用空気吹込み方法において、炉壁から炉心を中心とする仮想円の接線方向に向けて吹込む第１の空気流と、炉壁から炉心に向けて吹込む第２の空気流とを混在させることを特徴とする。
【０００８】
すなわち、本発明は、第１の空気流によって溶融スラグを壁面に捕集する遠心力を発生させる旋回流を形成し、この第１の空気流（旋回流）によって形成された旋回流を第２の空気流（中心吹込み流）によって攪拌することにより、燃焼物の燃焼ガスと燃焼用空気との混合を促進して、炉心部の空気濃度を高めて燃焼を維持させることを本旨とする。言い換えれば、溶融スラグを壁面に捕集する遠心力を発生する旋回流と、燃焼ガスと燃焼用空気との混合を促進する中心吹込み流とを混在させて、溶融スラグの生成および捕集を図ると同時に、炉断面における燃焼用空気の濃度を平均化することを特徴とする。
【０００９】
ところで、炉上部から炉内に吹込む空気は、一般に１次空気と称され、この１次空気が吹込まれる燃焼域は還元性雰囲気であり、燃焼物に含まれる不燃物が溶融スラグ化する温度には達していない。したがって、溶融スラグを壁面に捕集する遠心力よりも、燃焼を促進するために燃焼物と燃焼用空気との攪拌を促進することが好ましい。
【００１０】
そこで、本発明の具体的な態様としては、燃焼溶融炉の炉上部には第２の空気流である中心吹込み流を吹き込むようにすることが好ましい。
【００１１】
また、炉高の中間位置に吹込む空気は、一般に２次空気と称され、さらに２次空気よりも炉底部に近い炉高の中間位置に３次空気を吹込む場合もある。２次空気が吹込まれる燃焼域は、不燃物が溶融スラグ化する温度に達しているから、吹込み空気を旋回させることにより、溶融スラグを壁面に捕集する遠心力を発生させることが好ましい。一方、２次空気が吹込まれる２次燃焼域でも燃焼物と空気との混合が十分になされることが好ましい。しかし、２次空気の全量を旋回させると、旋回流の遠心力によって炉中心部の空気濃度が低くなって、中心部の燃焼が妨げられるおそれがある。また、３次空気が吹込まれる３次燃焼域についても、同様であると考える。
【００１２】
そこで、本発明の具体的な態様としては、炉上部から炉底部の間に吹込む２次または３次空気については、第１の空気流と第２の空気流とを混在させて吹き込むことが好ましい。これにより、第２の空気流と燃焼ガスの旋回流との交差等により、燃焼物と空気との混合攪拌が促進され、炉中心部の空気濃度の低下が抑えられるから、中心部の燃焼が促進される。この場合において、第１の空気流と第２の空気流の主流が炉内で干渉しないように、炉心位置における主流の高さ位置をずらすことが望ましい。
【００１３】
また、本発明の燃焼用空気吹込み方法を直接実施する燃焼溶融炉は、炉頂部に設けられ熱分解ガスと熱分解カーボンの少なくとも一方の燃焼物が投入される燃焼物投入ノズルと、炉上部に設けられ炉内に前記燃焼物の燃焼に必要な理論空気量よりも少ない量の１次空気を吹き込む複数の吹込みノズルと、該１次空気の吹込みノズルの位置と炉底部との間に設けられ前記理論空気量の一部を補償する量の２次空気を吹き込む複数の吹込みノズルと、該２次空気の吹込みノズルの位置と炉底部との間に設けられ前記理論空気量を補償する量の３次空気を吹き込む複数の吹込みノズルとを備え、前記１次空気の複数の吹込みノズルは、同一高さの炉上部の炉周囲に沿って分散して、かつ炉心に向けて設けられ、前記２次空気の複数の吹込みノズルは、前記１次空気の吹込みノズル位置と炉底部との間の炉周囲に沿って分散して配置され、かつ炉心を中心とする仮想円の接線方向に向けて設けられた第１の吹込みノズルと炉心に向けて設けられた第２の吹込みノズルとを有してなり、前記３次空気の複数の吹込みノズルは、前記２次空気の吹込みノズル位置と炉底部との間の同一高さの炉周囲に沿って分散して配置され、かつ炉心に向けて設けられた吹込みノズルを有して構成することができる。
【００１４】
これによれば、１次空気、２次空気および３次空気の炉心に向けて設けられた複数の吹込みノズルから吹き込まれる空気が、炉心部において互いに衝突し、上向きの流れまたは下向きの流れに分かれるから、燃焼物または燃焼ガスとの攪拌効果が一層向上する。
【００１５】
また、３次空気の複数の吹込みノズルは、２次空気の吹込みノズル位置と炉底部との間の同一高さの炉周囲に沿って分散して配置され、かつ炉心を中心とする仮想円の接線方向に向けて設けられた第１の吹込みノズルと炉心に向けて設けられた第２の吹込みノズルとを有して構成することができる。
【００１６】
さらに、２次空気と３次空気の複数の吹込みノズルは、それぞれ炉高方向の同一高さ位置に設け、第１の吹込みノズルは下向きに設けて構成することができる。これにより、第１の空気流（旋回流）と第２の空気流（中心吹込み流）との交差または衝突による干渉を軽減でき、所望の強さの旋回流を形成することができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の燃焼用空気の吹込み方法または燃焼溶融炉によれば、燃焼溶融炉の中心部の燃焼を確保することができ、かつ旋回流により溶融スラグを壁面に捕集することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明の燃焼用空気の吹込み方法を直接実施する燃焼溶融炉の実施形態について図面を用いて説明する。図１に、燃焼溶融炉の一実施の形態の縦断面図を示す。図示のように、燃焼溶融炉１は、縦型の円筒状に形成され、炉頂部に熱分解ガス２を燃焼する主バーナ３が設けられている。主バーナ３には、補助燃料を燃焼する補助バーナ４が同心状に設けられている。また、炉肩部には、熱分解カーボン５を投入する投入ノズル６が一対設けられている。この一対の投入ノズルの軸は、炉心を中心とする仮想円の接線方向に向けて対称的に配置され、これによって熱分解カーボンは旋回流を形成しながら炉内に投入されるようになっている。また、燃焼溶融炉１の炉底部は、水平煙道部７を介して垂直煙道８に連結され、水平煙道部７の底部に溶融スラグ排出口９が設けられている。垂直煙道８は、例えば、燃焼排ガスの熱を回収する図示していない空気加熱器および廃熱ボイラに連結されている。
【００１９】
一方、燃焼溶融炉１の炉壁には、炉高方向の上部から炉底部にわたって、燃焼用空気を炉内に吹込む１次空気の吹込みノズル１１と、２次空気の吹込みノズル１２と、３次空気の吹込みノズル１３とが、炉高方向に間隔をおいて多段に設けられている。吹込みノズル１１、１２、１３は、それぞれ炉周囲に沿って等間隔に配設された複数の吹込みノズルを有して構成されている。また、吹込みノズル１１、１２、１３は、それぞれ図示していない流量制御弁を介して送風機に連結され、熱分解ガスおよび熱分解カーボンの投入量および燃焼状態に基づいて、燃焼制御装置によって１次〜３次の空気量が所定の空気過剰率になるように制御されている。
【００２０】
ここで、１次空気の複数の吹込みノズル１１は、同一高さの炉上部の炉周囲に沿って分散して、かつ炉心に向けて設けられている。また、２次空気の複数の吹込みノズル１２は、１次空気の吹込みノズル１１の位置と炉底部との間の同一高さの炉周囲に沿って分散して、炉心を中心とする仮想円の接線方向に向けて設けられている。さらに、３次空気の複数の吹込みノズル１３は、２次空気の吹込みノズル１２の位置と炉底部との間の同一高さの炉周囲に沿って分散して、炉心を中心とする仮想円の接線方向に向けて設けられている。
【００２１】
ここで、複数（例えば、６本）の吹込みノズル１２は、一部（例えば、３本）を炉心を中心とする仮想円の接線方向に向けて設け、残り（例えば、３本）を炉心に向けて設けることもできる。
【００２２】
このように構成される燃焼溶融炉の燃焼動作について、燃焼用空気の吹込み方法を中心に説明する。補助バーナ４により灯油などの補助燃料を燃焼して炉内を昇温する。その後、主バーナ３から熱分解ガスを投入し、投入ノズル６から熱分解カーボンを投入するとともに、各吹込みノズル１１、１２、１３から燃焼用空気を吹込んで燃焼させる。このとき、投入ノズル６から投入される熱分解カーボンは旋回しながら炉内に供給されるから、熱分解ガスおよび吹込みノズル１１から吹込まれる１次空気と混合攪拌されて燃焼する。
【００２３】
特に、図２に示すように、複数の吹込みノズル１１から吹込まれる１次空気の流れが互いに衝突し、矢印に示すような上向き流および下向き流が形成され、これによって熱分解ガスと熱分解カーボンと１次空気の混合が促進され、効果的な還元性の燃焼域が形成される。
【００２４】
この炉上部の燃焼ガスが流下して２次空気が吹込まれる吹込みノズル１２の領域に達すると、炉心を中心とする仮想円の接線方向に向けて設けられている吹込みノズル１２から吹込まれる空気の旋回流によって燃焼ガスが旋回され、２次空気と混合されて高温の燃焼域が形成される。これによって、燃焼ガス中に含まれている微細な灰分及び不燃物が溶融スラグ化されるとともに、旋回流の遠心力を受けて移動して炉壁に付着捕集される。捕集された溶融スラグは、炉壁を伝って流下し、炉底部の溶融スラグ排出口９から外部に排出される。
【００２５】
ところで、２次燃焼域においては旋回流が形成されているから、比重の重い２次空気は炉壁側に偏り、炉心部の空気濃度が低下し、中心部における燃焼が妨げられることになる。しかし、２次燃焼域の燃焼ガスが流下して３次空気が吹込まれる吹込みノズル１３の領域に達すると、炉心に向けて設けられた複数の吹込みノズル１３から３次空気が吹込まれ、３次空気の流れが互いに衝突して矢印に示すような上向き流および下向き流が形成される。これによって燃焼ガスと３次空気の混合が促進され、燃焼を促進して完全燃焼させることができる。
【００２６】
ここで、図２に示すように、２次空気の複数の吹込みノズル１２のうち、一部の吹込みノズルを炉心に向けて設け、互いの空気流を衝突させて攪拌流を形成することにより、混合攪拌効果を向上させることができる。この場合、３次空気の複数の吹込みノズル１３のうち、一部の吹込みノズルを炉心を中心とする仮想円の接線方向に向けて設け、２次空気領域の旋回流の低下を補うようにすることが好ましい。
【００２７】
これらの場合において、２次空気と３次空気の吹込みノズルのうち、仮想円の接線方向に向けて設ける吹込みノズルは、図２のように、下向きに設けることが好ましい。これにより、旋回流が炉心に向けた中心吹込み流と干渉して、互いの気流の機能が妨げられることを避けることができる。
【実施例】
【００２８】
次に、本発明の特徴に係る燃焼用空気の吹込みノズル１１、１２、１３の配置構成の具体的な実施例について説明する。表１に、吹込みノズル１１、１２、１３の本発明の実施例と比較例の構成を対比して示す。
【００２９】
【表１】
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実施例の吹込みノズル１１、１２、１３はそれぞれ６本であり、１次空気の吹込みノズル１１は、炉肩部の熱分解カーボンの投入口５と同じ位置に、炉心を中心とする仮想円の接線方向に向けた旋回流を形成するように配置されている。この点は、実施形態と相違する。２次空気の吹込みノズル１２は、図３（ａ）に示すように、炉壁１４の周囲に等間隔に分散させて、炉心を中心とする仮想円１５の接線方向に向けた旋回流を形成する３本の吹込みノズル１２ａと、炉心に向けた中心吹込み流を形成する３本の吹込みノズル１２ｂから構成されている。旋回流を形成する３本の吹込みノズル１２ａは、図示していないが、図２で説明したように、ノズルの向きを下向きにして設けられている。
【００３０】
また、３次空気の吹込みノズル１３は、図３（ｂ）に示すように、炉壁１４の周囲に等間隔に分散させて、炉心を中心とする仮想円１５の接線方向に向けた旋回流を形成する６本の吹込みノズル１２で構成されている。
【００３１】
なお、実施例の吹込みノズル１３のノズル径は、他の吹込みノズル１１、１２よりも小径のものを用いたが、これら吹込みノズル１１、１２、１３のノズル径は、必要な燃焼用空気量を所定の流速範囲で吹込むように設定されるものであり、表１のノズル径に限られるものではない。
【００３２】
このように構成された実施例によれば、図２で説明したように、吹込みノズル１１から吹込まれる１次空気の流れによる攪拌効果により、熱分解ガスと熱分解カーボンと１次空気の混合が促進されて還元性の燃焼域が形成される。そして、その燃焼ガスが２次空気が吹込まれる吹込みノズル１２の領域に達すると、吹込みノズル１２ｂの中心吹込み空気流によって生ずる上下の攪拌流で、燃焼ガスと空気とが攪拌される。さらに、吹込みノズル１２ａの旋回流によって燃焼ガスが旋回され、２次空気と混合されて高温の燃焼域が形成される。このとき、旋回流は下向きに吹込まれているので、中心吹込み空気流と旋回流は干渉しない。したがって、燃焼ガス中に含まれている微細な灰分及び不燃物が溶融スラグ化されるとともに、旋回流の遠心力を受けて炉壁に付着捕集される。さらに、燃焼ガスが３次空気が吹込まれる吹込みノズル１３の領域に達すると、吹込みノズル１３の旋回流によって燃焼ガスと３次空気の混合が促進され、燃焼が促進されて完全燃焼される。同時に、旋回流によって溶融スラグの生成と捕集が促進される。
【００３３】
その結果、実施例によれば、表１に示すように優れた燃焼状態を形成することができ、表２に示すように、燃焼溶融炉出口のＣＯ濃度を極めて低濃度（０〜１０ｐｐｍ）にすることができ、ほぼ完全燃焼が達成されていることがわかる。また、同出口のＯ２濃度も平均３．３％に低減でき、さらに燃焼溶融炉から排出される飛灰中に含まれる未燃炭素を極めて低濃度の０．０５７ｗｔ％に下げることができた。
【００３４】
【表２】
2005265390.tif 000004
また、表２のデータは、図１の垂直煙道８の線Ｘ−Ｘの断面に設定した複数の測定点における分布値および平均値である。
【比較例】
【００３５】
比較例の吹込みノズル１１は６本で、吹込みノズル１２、１３はそれぞれ３本である。１次空気の吹込みノズル１１は路肩部に旋回流を形成するように配置されている。２次空気の吹込みノズル１２は、図４（ａ）に示すように、炉壁１４の周囲に等間隔に分散させて、炉心を中心とする仮想円１５の接線方向に向けた旋回流を形成する３本の吹込みノズル１２を配置して構成されている。この３本の吹込みノズル１２は、図示していないが、ほぼ水平の向きに設けられている。また、図４（ｂ）に示すように、３次空気の吹込みノズル１３も吹込みノズル１２と同様に配置されている。
【００３６】
このように構成された比較例によれば、実施例と同様に、吹込みノズル１１から吹込まれる１次空気の流れによる攪拌効果により、熱分解ガスと熱分解カーボンと１次空気の混合により燃焼が促進される。その燃焼ガスが吹込みノズル１２の領域に達すると、吹込みノズル１２の旋回流によって燃焼ガスが旋回され、２次空気と混合されて高温の燃焼域が形成される。これにより、燃焼ガス中に含まれている微細な灰分及び不燃物が溶融スラグ化されるとともに、旋回流の遠心力を受けて炉壁に付着捕集される。さらに、燃焼ガスが吹込みノズル１３の領域に達すると、吹込みノズル１３の旋回流によって燃焼ガスと３次空気の混合が促進されて燃焼されるとともに、旋回流によって溶融スラグの生成と捕集が促進される。しかし、比較例では、２次空気と３次空気は共に旋回流れのみであり、炉中心部への空気の供給が不足しているため、炉中心部の空気濃度が下がり、燃焼ガスの吹き抜けが発生している。
【００３７】
その結果、比較例によれば、表１に示すようにほぼ良好な燃焼状態を形成することができるものの、表２に示すように、燃焼溶融炉出口のＣＯ濃度が０〜１１５ｐｐｍと、分布が大きくなり、不完全燃焼状態が発生している。また、同出口のＯ２濃度は、平均３．６％に維持されているが、燃焼溶融炉から排出される飛灰中に含まれる未燃炭素濃度は０．１５６ｗｔ％となり、実施例に比べて燃焼状態が悪くなっていることがわかる。
（シミュレーションによる解析）
上記の実施例と比較例について、レイノズル応力モデルと２次風上差分法とを組み合わせた燃焼解析モデルによってシミュレーションした結果を図５〜図９に示す。図５は炉内の旋回速度分布、図６は２次空気と３次空気の吹込み部を拡大した旋回速度分布、図７は炉内の温度分布、図８は炉内の酸素濃度分布、図９は炉内のＣＯ濃度分布である。それらの図において、（ａ）は実施例、（ｂ）は比較例の解析結果である。
（旋回速度分布）
実施例によれば、図５（ａ）、図６（ａ）に示すように、２次空気の炉中心向き流れが炉心部まで到達し、衝突して、上流の１次燃焼域からの燃焼ガスとの混合がよく行われている。これによって、１次燃焼域からの燃焼ガスの吹き抜けが完全になくなっていることがわかる。３次空気は、旋回方向の供給であり、炉中心部までの到達がなく、旋回流れとして燃焼ガスと攪拌混合している。
【００３８】
一方、比較例によれば、図５（ｂ）、図６（ｂ）に示すように、２次空気は旋回方向の供給のみであり、旋回流れが強く、炉中心部への到達がない。その結果、上流の１次燃焼域からの燃焼ガスは、特に炉心部において２次空気との攪拌混合がなく、そのまま下流に吹き抜ける流れとなっていることがわかる。同様に、３次空気も旋回方向のみの供給であるから、旋回流れが強く、炉中心部への空気の到達がない。その結果、燃焼ガスは特に炉心部において３次空気との混合攪拌がなく、そのまま下流に吹き抜ける流れとなっている。
（温度分布）
実施例によれば、図７（ａ）に示すように、１次燃焼域からの燃焼ガスは、炉中心部で２次空気の中心吹込み流とよく混合することによって、燃焼に必要な酸素が供給されて燃焼が促進されている。その結果、２次燃焼域の炉中心部では、燃焼ガス温度が顕著に上昇していることがわかる。
【００３９】
一方、比較例によれば、図７（ｂ）に示すように、２次空気が炉中心部まで到達していないため、２次燃焼域の中心部では燃焼用空気が不足状態となり、燃焼が促進されていない。その結果、２次燃焼域でのガス温度はほとんど上昇していない。
（酸素濃度分布）
実施例によれば、図８（ａ）に示すように、２次空気の中心吹込み流と旋回流との組み合わせにより、２次燃焼域の広範囲にわたり酸素の供給が行われ、炉中心部の無酸素状態の領域が非常に狭くなっている。３次燃焼域の出口では約３％で、ほぼ均一な酸素濃度になっている。
【００４０】
一方、比較例によれば、図８（ｂ）に示すように、２次燃焼域および３次燃焼域共に、炉外周側に酸素濃度の高い部分があり、燃焼空気が旋回流によって供給されているため、外周部に空気の偏りが発生している。その結果、炉中心部の無酸素状態が改善されず、３次燃焼域の出口においても、依然として炉中心部に無酸素状態が存在している。
（ＣＯ濃度分布）
実施例によれば、図９（ａ）に示すように、２次空気の中心吹込み流と旋回流との組み合わせにより、２次燃焼域の広範囲にわたり酸素の供給が行われ、燃焼が促進された結果、未燃分であるＣＯ濃度は２次燃焼域の炉中心部に若干残る程度にまで低減されており、３次燃焼域ではほぼゼロのＣＯ濃度になっている。
【００４１】
一方、比較例によれば、図９（ｂ）に示すように、２次燃焼域および３次燃焼域共に炉外周側に空気の偏りが発生しているため、炉中心部での空気不足が発生し、燃焼が促進されていない。その結果、２次燃焼域及び３次燃焼域の炉中心部にＣＯ濃度が高い領域が残っている。
【００４２】
以上説明したように，本発明の実施形態によれば、炉壁から炉心を中心とする仮想円の接線方向に向けて吹込む第１の空気流である旋回流と、炉壁から炉心に向けて吹込む第２の空気流である中心吹込み流とを混在させていることから、旋回流によって低温の燃焼用空気が炉壁側に偏るのを防いで、溶融スラグの生成および捕集を図ると同時に、炉断面における燃焼用空気の濃度を平均化することができる。その結果、従来、炉心部を吹き抜けて不完全燃焼のまま排出される現象を防止することができる。
【００４３】
また、実施例に示したように、２次空気に中心吹込み流を混在させることにより、比較例に比べて顕著な効果が得られる。
【００４４】
しかしながら、本発明は、実施例に限られるものではなく、要は、燃焼用空気の吹込みを旋回流と中心吹込み流とを混在させて、炉心部を吹き抜けて不完全燃焼のまま排出される燃焼ガスを低減することを本旨とする。
【００４５】
ただし、１次空気による燃焼域は、溶融スラグが生成される温度に達していないことが多いから、溶融スラグを捕集するための強い旋回流は必ずしも必要でない。したがって、熱分解カーボンを旋回して投入する程度の攪拌効果があればよいので、中心吹込み流のみで十分である。
【００４６】
一方、２次空気を吹込む領域は、活発な燃焼域であり、かつ溶融スラグが生成される状態にあるから、旋回流と中心吹込み流とを混在させることが必要である。また、３次空気を吹込む領域は、２次燃焼域と同様に活発な燃焼域であり、かつ溶融スラグが生成される状態にある。しかし、２次燃焼域で十分に空気の混合がなされていれば、旋回流を主流として吹込むことが溶融スラグ捕集の点から好ましい。いずれにしても、本発明は、２次空気と３次空気の吹込み流を組み合わせて、必要な空気量を旋回流と中心吹込み流とに分散し吹込むようにすればよい。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明の一実施の形態の燃焼用空気吹込み方法が適用されてなる燃焼溶融炉の縦断面図である。
【図２】図１実施形態の燃焼用空気吹込み方法による燃焼動作を説明する図である。
【図３】本発明の実施例の空気吹込ノズルの配置構成を説明する図である。
【図４】本発明の比較例の空気吹込ノズルの配置構成を説明する図である。
【図５】本発明の実施例と比較例の燃焼用空気吹込み方法をシミュレーション解析して得られた燃焼溶融炉内の旋回速度分布を示す図である。
【図６】図５の２次空気と３次空気の吹込み部を拡大して旋回速度分布を示す図である。
【図７】本発明の実施例と比較例の燃焼用空気吹込み方法をシミュレーション解析して得られた燃焼溶融炉内の温度分布を示す図である。
【図８】本発明の実施例と比較例の燃焼用空気吹込み方法をシミュレーション解析して得られた燃焼溶融炉内の酸素濃度分布を示す図である。
【図９】本発明の実施例と比較例の燃焼用空気吹込み方法をシミュレーション解析して得られた燃焼溶融炉内のＣＯ濃度分布を示す図である。
【符号の説明】
【００４８】
１  燃焼溶融炉
３  主バーナ
４  補助バーナ
６  投入ノズル
７  水平煙道部
８  垂直煙道
９  溶融スラグ排出口
１１  吹込みノズル（１次空気）
１２、１２ａ、１２ｂ  吹込みノズル（２次空気）
１３  吹込みノズル（３次空気）
１４  炉壁
１５  仮想円
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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